STM32F4. PWM

[teplofizik]

Практически все таймеры, за исключением базовых, имеют каналы сравнения, которые, в частности, умеют делать ШИМ. До четырёх штук на таймер. А именно:

много всего

TIM1: 4 канала (+инверсные);
TIM2: 4 канала;
TIM3: 4 канала;
TIM4: 4 канала;
TIM5: 4 канала;
TIM6: 0 каналов;
TIM7: 0 каналов;
TIM8: 4 канала (+инверсные);
TIM9: 2 канала;
TIM10: 1 канал;
TIM11: 1 канал;
TIM12: 2 канала;
TIM13: 1 канал;
TIM14: 1 канал;
То есть очень дофига.
32 канала в сумме для всех таймеров, если я правильно посчитал.

Для примера возьмём обычный таймер TIM4, выводы которого подключены к светодиодам(PD12-PD15).
Сразу смотрим, куда можно его вывести:
TIM4_CH1: PB6, PD12
TIM4_CH2: PB7, PD13
TIM4_CH3: PB8, PD14
TIM4_CH4: PB9, PD15

Номер альтернативной функции для таймеров TIM3-TIM5: 2.

Настройка самого таймера такая же, как описывалась ранее.
Только что на выбор предделителя и предела счёта накладывают ограничения итоговое разрешение и частота ШИМ.
Сначала определим предел счёта согласно выбранному разрешению:

ARR = (1UL << разрешение в битах) - 1; // Для 16 бит это будет 0xFFFF, для 8 бит 0xFF.

Предделитель определяется отношением частоты шины APB1 к итоговой частоте и ARR:

PSC = (Fapb1 / Fpwm / (ARR + 1)) - 1;

Пример. Частота тактирования контроллера 16 МГц, предделителя на APB1 нет. Разрешение шима хотим 16 бит, частоту порядка 50 Гц (например, чтоб серву крутить, но тут светодиод):

ARR = (1UL << 16) - 1; // 0xFFFF
PSC = (16000000UL / 50 / (ARR+1)) - 1; // (244 / 50) - 1 = 4.81 - 1 = 4 - 1 = 3.

Правда, из-за низкой частоты тактирования (для такого высокого разрешения) получим большую погрешность по частоте ШИМ:
Fpwm = 16 МГц / (ARR + 1) / (PSC + 1) = 16000000 / 0x10000 / 4 = 61 Гц.

Впрочем, серве на это должно быть пофиг.

Итак, таймер с заданными параметрами запустить можем. Посмотрим новые регистры, которые связанны с генерацией ШИМ:
TIMx_SR — регистр статуса, можно посмотреть, было ли срабатывание по сравнению или переполнение счётчика;
TIMx_CCER — включение каналов и настройка полярности выходного сигнала (в т.ч. ШИМ);
TIMx_CCMR1 — настройка 1 и 2 канала захвата/сравнения;
TIMx_CCMR2 — настройка 3 и 4 канала захвата/сравнения;
TIMx_CCR1 — регистр сравнения 1 канала;
TIMx_CCR2 — регистр сравнения 2 канала;
TIMx_CCR3 — регистр сравнения 3 канала;
TIMx_CCR4 — регистр сравнения 4 канала;

Таймер управляет состоянием какого-то внутреннего сигнала (OCxREF), который может выводиться наружу прямо как есть или же инвертированно (настраивается в TIMx_CCER).
Активное состояние — когда OCxREF равен 1, неактивное, соответственно, — когда OCxREF равен 0.

В общем-то, чтобы ШИМ вышел наружу, достаточно включить канал, выбрать нужный режим сравнения, задать скважность и настроить альтернативную функцию порта.
Канал включается флагами CCxE в регистра CCER.
Выбрать режим генерации ШИМ можно в регистрах CCMRx, там есть поля OCxM размером в три бита:
000 — выключено;
001 — установить выход в активное состояние по сравнению;
010 — установить выход в неактивное состояние по сравнению;
011 — переключить состояние по сравнению;
100 — насильно установить неактивный уровень на выходе;
101 — насильно установить активный уровень на выходе;
110 — ШИМ, режим 1 (из активного уровня по сравнению переходит в неактивный);
111 — ШИМ, режим 2 (из неактивного уровня по сравнению переходит в активный);

В режиме ШИМ необходимо выставить ещё и флаг OCxPE (буферизация значения сранения) в этом же регистре.
Так как все значения буферизуются и загружаются во внутренние регистры только при сбросе счётчика, перед запуском (после записи чисел в CCR) сделаем же это, выставив флаг UG в регистре TIMx_EGR. Флаг сбросится тут же, но значения попадут куда надо. Возможно, всё будет хорошо, даже если так не сделать. Флаг выставится сам при первом переполнении счётчика.

Код:

// Инициализация модуля
void pwm_Init(uint16_t Frequency, uint8_t Resolution)
{
    uint32_t Clock = 16000000UL; // Частота тактирования модуля
    uint32_t Counts = (1UL << Resolution);
    
    if(Resolution > 16) return;
    
    // Используем вывод PD12 (зелёный светодиод там)
    
    // Включить тактирование порта GPIOD
    RCC->AHB1ENR |= RCC_AHB1ENR_GPIODEN;
    
    // Включить тактирование модуля TIM4
    RCC->APB1ENR |= RCC_APB1ENR_TIM4EN;
    
    // Номер альтернативной функции
    GPIOD->AFR[1] &= ~(0x0FUL << ((12 - 8) * 4)); // 12 очистим
    GPIOD->AFR[1] |=  (0x02UL << ((12 - 8) * 4)); // В 12 запишем 2
    
    // Режим: альтернативная функция
    GPIOD->MODER &= ~(0x03UL << (12 * 2));  // 12 очистим
    GPIOD->MODER |=  (0x02UL << (12 * 2));  // В 12 запишем 2
    
    // Разрядность: 16 бит
    TIM4->ARR = Counts - 1;
    
    // Предделитель:
    TIM4->PSC = (Clock / Frequency / Counts) - 1;
    
    // Выход: 0
    TIM4->CCR1 = 0;
    
    // Режим: ШИМ1 0b110
    TIM4->CCMR1 &= ~TIM_CCMR1_OC1M;  // очистим поле режима
    TIM4->CCMR1 |= (TIM_CCMR1_OC1M_2 | TIM_CCMR1_OC1M_1); // Запишем 0b110
    
    // Канал 1 включить
    TIM4->CCER |= TIM_CCER_CC1E;
    
    // Передадим сигнал о сбросе счётчика, чтоб все внутренние регистры точно обновились.
    TIM4->EGR = TIM_EGR_UG;
    
    // Включить счёт
    TIM4->CR1 |= TIM_CR1_CEN;
}

// Задать скважность (0-0xFFFF)
void pwm_Set(uint16_t Value)
{
    TIM4->CCR1 = Value;
}

Если сделать так, то на ножке PВ12 будет ШИМ с частотой 61 Гц (погрешность же) и скважностью 50%, как на картинке внизу:

pwm_Init(50, 16);
pwm_Set(0x7fff);

В проекте скважность меняется постоянно и светодиод мерцает. Так нагляднее:

int main(void)
{
    uint8_t Value = 0;
    
    // 50 Гц, 16 бит
    // На самом деле будет 61 Гц с копейками из-за низкой частоты тактирования и ошибок округления
    pwm_Init(50, 16);
    
    while(1)
    {
        pwm_Set((uint16_t)Value << 8);
        
        // следующее число
        Value++;
        delay(100000);
    }
}

Кстати, по канону на светодиоды надо заводить ШИМ с частотой в 600 Гц, не иначе. Но здесь на это пофиг.

UPD от 29.03.2013: ШИМ перенесён с ножки PA5 на PD12 (TIM2->TIM4), где его можно увидеть невооружённым глазом по яркости светодиода.

Интересные файлы:
pwm.c

Проект целиком.


<< Предыдущее Следующее >>